• الکترودینامیک کوانتومی مداری

زمینه جدید و به سرعت در حال رشد مدارهای کوانتومی ابررسانا، به عنوان یک بستر انعطاف پذیر و قابل تنظیم برای بررسی پدیده‌های کوانتومی مرتبط با برهمکنش قوی بین ریزموج های الکترومغناطیسی با اتمهای مصنوعی، راهکارهای بسیار هیجان انگیزی را برای مشاهده و کنترل پدیده‌های مختلف کوانتومی ارائه می‌دهد. استفاده از این فناوری به پژوهشگران اجازه داده است تا چشم انداز ساخت رایانه‌های کوانتومی ابررسانا در مقیاس بزرگ را خیلی زودتر از آنچه انتظار می رفت، در نظر بگیرند. فرمولبندی لازم جهت بررسی تحولات مدارهای کوانتومی ابررسانا، به نام «الکترودینامیک کوانتومی مداری» شناخته می‌شود. در اینجا، با هدف آشنایی مقدماتی با الکترودینامیک کوانتومی مداری، ابتدا در رابطه با اهمیت و کاربرد الکترودینامیک کوانتومی مداری صحبت می‌کنیم. سپس، برخی ابزار نظری و پایه از اپتیک کوانتومی، اطلاعات کوانتومی و ابررسانایی را - که برای درک مفاهیم کلیدی الکترودینامیک کوانتومی مداری مورد نیاز هستند - معرفی می‌کنیم و در انتها سه نوع اصلی کیوبیت‌های ابررسانا را بررسی خواهیم کرد.

• پدیده‌های کوانتومی در مدارات کوانتومی

مدارهای ابررسانا مبتنی بر اتصالات جوزفسون، از خود همدوسی کوانتومی ماکروسکوپی را نشان می دهند و می توانند مانند اتم های مصنوعی رفتار کنند. پیشرفت‌های تکنولوژیکی اخیر امکان اجرای آزمایش‌های فیزیک اتمی و اپتیک کوانتومی را بر روی یک تراشه با استفاده از این اتم‌های مصنوعی فراهم کرده است. در این ارائه مروری مختصر از پیشرفت های به دست آمده تا کنون در این زمینه به سرعت در حال پیشرفت ارائه می دهیم.، پدیده‌هایی مانند:
Rabi oscillation, Autler–Townes splitting, the Mollow triplet, electromagnetically induced transparency, coherent population trapping, Stimulated Raman adiabatic passage, sideband transitions, various multiphoton processes, squeezing and …
ما نه تنها پدیده‌هایی مشابه پدیده‌های فیزیک اتمی و اپتیک کوانتومی با اتم‌های طبیعی را مورد بحث قرار می‌دهیم، بلکه آن‌هایی را که در اتم‌های طبیعی رخ نمی‌دهند را همچنین بحث خواهیم کرد.

• مشخصه­ یابی و اندازه­ گیری کیوبیت ابررسانایی

با توجه به توسعه و محبوبیت روزافزون بیت های کوانتومی ابررسانا و حرکت صنعت به سمت مقیاس پذیر کردن این فناوری، چگونگی اندازه گیری و مشخصه یابی این بیت های کوانتومی یکی از موضوعات کلیدی و مهم در توسعه این فناوری به شمار می‌آید. همچنین داشتن درک درست از جنبه های عملی استفاده از این افزاره ها می تواند به پژوهشگران، سرمایه گذاران و سیاست گذاران این عرصه کمک شایانی داشته باشد. در این ارائه، چیدمان مورد نیاز برای اندازه‌گیری مشخصات یک کیوبیت ابررسانا همراه با برخی از جنبه‌های فنی اجزای آن مورد بحث قرار خواهد گرفت.  در نهایت چند نوع اندازه گیری متداول بر روی این بیت ها معرفی شده و بررسی خواهند شد.

• ساخت مدارهای ابررسانایی

مدارهای مبتنی بر کیوبیت های ابررسانا در حال حاضر پلتفرمی پیشرو برای محاسبات کوانتومی و پردازش اطلاعات کوانتومی هستند. ساخت مدار‌های ابررسانا مستلزم استفاده از تکنیک‌های متنوع میکرو و نانو ساخت نظیر رسوب لایه نازک، فرآیندهای لیتوگرافی و حکاکی می باشند که پیش از این نیز در صنعت نیمه هادی استفاده می‌شدند. عنصر اصلی این مدارهای کوانتومی، پیوندگاه های جوزفسون هستند که غیرخطی بودن را در سیستم القا می کنند و برای اجرای سیستم دو ترازی کوانتومی (کیوبیت) ضروری هستند. مزیت مدارهای ابررسانا پتانسیل مقیاس پذیری بالای آنها است. با این حال، فرآیند ساخت پیوندگاه های جوزفسون چالشی بزرگ است زیرا آنها به فرآیند بهینه‌سازی دقیقی نیاز دارند که در آزمایشگاه‌های مختلف به دلیل پیکربندی و پارامترهای مختلف ماشین آلات یکسان نیستند. در این ارائه، ابتدا به معرفی مواد و فرآیند ساخت مدارهای ابررسانا می پردازیم. سپس به صورت مفصل تر، روش های ساخت پیوندگاه های جوزفسون مبتنی بر آلومینیوم و نحوه بهینه سازی آن ها را بررسی می کنیم.

• طراحی و شبیه ­سازی مدارهای رایانه ­های کوانتومی ابررسانا

در دو دهه اخیر به صورت مداوم طرح­ها و سامانه­های مختلفی در راستای تحقق یک رایانه کوانتومی ارایه شده­اند و امروزه برخی از این موارد عملیاتی شده و حتی به صورت تجاری در اختیار عموم قرار گرفته­اند. موارد تجاری موجود در بازار جهانی از انواع تراشه­های حاوی مدارهای کوانتومی بر مبنای ابررسانا می باشند که به دلایل مختلف مورد توجه این بخش نیز می­باشند. با توجه به وجود پارامترهای متعدد در این سامانه­ها و لزوم تنظیم موارد بسیاری از این متغیرهای آزاد، طراحی مدارها و روش­های ارتباطی بین بخش­های مختلف از اهمیت ویژه­ای برخوردار می­باشد. بنابراین در این سمینار سعی خواهد شد تا برخی از مدارهای معروف این سامانه­ها معرفی شده و روش­های تنظیم پارامترهای آنها مورد تحلیل قرار گیرد. در همین راستا جهت بررسی و درک بهتر رفتار یک سامانه، یکی از رهیافت­های رایج، شبیه­سازی آنها در محیط­های نرم­افزاری است. درطی پیشرفت این زمینه تحقیقاتی، در کنار وجود امکان کدنویسی بر مبنای آنالیزهای کوانتومی و کلاسیک وقایع فیزیکی و همچنین استفاده از نتایج تجربی، نرم­افزارهایی نیز گسترش یافته­اند تا امکان تحلیل این ساختارها را برای علاقمندان به این زمینه کمی تسهیل نمایند. در ادامه، نرم­افزارهای معروف و قابل اتکا در این زمینه معرفی خواهند شد و مثال­هایی از مدارهای مورد استفاده در رایانه­های کوانتومی بر مبنای ابررسانا توسط این نرم­افزارها بررسی خواهند شد. در انتها پیرو اطلاعیه این مدرسه زمستانی، چالشی ارایه خواهد شد تا شرکت­کنندگان بتوانند از یافته­های خود در این روز بهره گرفته و در مسابقه مربوطه شرکت نمایند.